Сущность основного биохимического процесса, протекающего при квашении овощей и получении кисломолочных продуктов. Возбудители, их характеристика. Условия развития.
Консервирование плодов и овощей квашением и солением основано на использовании молочно-кислого и отчасти спиртового брожения для подавления роста микроорганизмов — потенциальных возбудителей порчи (гнилостных бактерий, масляно-кислых и др.). Одновременно продукт приобретает новые вкусовые и пищевые качества.
Брожение возникает в перерабатываемом сырье (капусте, огурцах, помидорах и др.) обычно самопроизвольно (спонтанно) и вызывается находящимися на нем молочнокислыми бактериями и дрожжами.
Соль, добавляемая при квашении, вызывает плазмолиз клеток листьев капусты. Выделяющийся сок содержит сахар и другие питательные для микроорганизмов вещества. В начальной стадии процесса развиваются различные аэробные бактерии, дрожжи (занесенные с сырьем), продуцирующие в небольшом количестве кислоты (уксусную, муравьиную, молочную), спирт и углекислый газ. Благодаря потреблению кислорода, а также выделению дышащими растительными клетками СО2 и газов, образующихся при брожении, создаются анаэробные условия, которые благоприятствуют развитию молочно-кислых бактерий. В первую очередь развивается гетероферментативная молочно-кислая бактерия лейконосток (Leuconostoc mesenterioides), образующая сравнительно немного кислоты. Один из продуктов обмена лейконостока — эфиры, которые придают заквашиваемому продукту характерный запах. После лейконостока начинают развиваться палочковидные молочно-кислые бактерии. Основная роль в процессе квашения капусты принадлежит гомоферментативной мезофильной бактерии Lactobacillus plantarum. Развиваются и гетероферментативные бактерии, в частности кислотоустойчивая бактерия L. brevis, а также дрожжи, вызывающие спиртовое брожение. Количество молочно-кислых бактерий достигает миллионов в 1 см3. Скорость сквашивания капусты зависит от температуры. Оптимальная температура около 20°С, при ней брожение протекает обычно в течение 6—8 сут.
Образующаяся молочная кислота (1,5—1,7%) оказывает консервирующее действие, а побочные продукты жизнедеятельности молочно-кислых бактерий и отчасти дрожжей (этиловый спирт, летучие кислоты, ароматические вещества, углекислый газ и др.) придают продукту характерные органолептические свойства. При чрезмерном развитии L. brevis возможна порча продукта — излишняя кислотность и острый привкус квашеной капусты. Ухудшается качество капусты и при интенсивном развитии дрожжей.
После окончания брожения квашеную капусту следует хранить при температуре 0—3°С и без доступа воздуха, чтобы задержать развитие микроорганизмов потребителей молочной кислоты (пленчатые дрожжи, плесени). Молочная кислота — основа стойкости продукта. Плесени и дрожжи не только потребляют молочную кислоту, но и придают продукту неприятные запах, вкус и окраску. Некоторые дрожжи вызывают ослизнение капусты. Поскольку плесени и пленчатые дрожжи аэробы, при хранении квашеной капусты следует поддерживать анаэробные условия.
Помимо плесеней и дрожжей, порчу капусты, особенно при недостаточно быстром повышении кислотности, могут вызывать гнилостные и масляно-кислые бактерии. Капуста приобретает прогорклый вкус, резкий неприятный запах. Развитие спорообразующих бактерий группы сенной палочки, обладающих активными пектолитическими ферментами, приводит к размягчению продукта, появлению неприятного вкуса. Размягчение может возникнуть и под действием ферментов капусты.
В практику внедряется квашение капусты с применением закваски из чистых культур молочно-кислых бактерий (L. plantarum). Использование бактерий с определенной бродильной активностью, создание для них оптимальных условий (анаэробность, температура) позволяют направлять полезную биохимическую деятельность микроорганизмов. При введении закваски создается численное преобладание полезной микрофлоры, процесс заквашивания ускоряется, исключается развитие вредных микробов, качество капусты улучшается.
При солении огурцов применяют пряности и больше соли (6—8%). Консервирование огурцов протекает в две стадии. В первой стадии (предварительной 1—2 дня) при температуре около 20°С накапливается 0,3—0,4% кислоты; во второй стадии продукт сквашивается медленно при температуре от -1 до 2°С.
Микрофлора и микробиологические процессы при солении огурцов сходны с микрофлорой и процессами, происходящими при квашении капусты. В начальный период развиваются различные бактерии и дрожжи. По мере возрастания численности молочно-кислых бактерий подавляется развитие нежелательной микрофлоры. Из молочно-кислых бактерий сначала развивается лейконосток, а затем более сильные кислотообразователи — гетероферментативные (L. brevis и L. fermentum) и гомоферментативные палочки, преимущественно L. plantarum; развиваются и дрожжи.
Виды порчи соленых огурцов и квашеной капусты сходны. В основном это ослизнение, размягчение, появление на поверхности пленки молочной плесени или дрожжей, потребляющих молочную кислоту, что способствует развитию нежелательной микрофлоры. Хороший эффект в борьбе с этими микроорганизмами дает введение в рассол сорбиновой кислоты (0,1%) и предотвращение доступа воздуха.
Размягчение возможно под воздействием пектинразру-шающих ферментов огурцов, наиболее действенным из которых является полигалактуроназа. Иногда происходит раздувание огурцов — образование в них пустот, обусловленное развитием интенсивно выделяющих газ микроорганизмов (дрожжей, бактерий группы кишечных палочек, гетероферментативных молочно-кислых бактерий и др.) или нарушением температурного режима квашения.
Рекомендуется применение при квашении чистых культур молочно-кислых бактерий. В Кишиневском государственном университете (В. П. Рощиным) получен сухой комплексный препарат (закваска) из солеустойчивых штаммов гомо-и гетероферментативных молочных бактерий (Lactobacillus plantarum, L. fermentum и Streptococcus lactis).
Значительно длительнее сохраняется квашеная продукция после пастеризации в герметичной таре.
В свежих овощах нередко содержится довольно большое количество нитратов. При переработке таких овощей содержание нитратов может быть понижено при помощи денитрифицирующих видов бактерий. Микробиологический способ снижения содержания нитратов в овощных продуктах весьма эффективен, так как позволяет исключить применение химических веществ.
Вопрос №2.
Отношение микроорганизмов к различным температурам. Применение температурного фактора для удлинения сроков хранения продуктов.
Температура – один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность размножения микроорганизмов.
Микроорганизмы могут расти и проявлять свою жизнедеятельность в определенном температурном диапазоне и в зависимости от отношения к температуре делятся на психрофилы, мезофилы и термофилы. Температурные диапазоны роста и развития микроорганизмов этих групп приведены в таблице
Таблица 9.1 Деление микроорганизмов на группы в зависимости от отношения к температуре
| Группа микроорганизмов | Т(°С) миним. | Т(°С) максим. | Т(°С) оптим. | Отдельные представители |
| 1. Психрофилы (холодолюбивые) | (+10)- (-2) | Около +30 | 10-15 | Бактерии, обитающие в холодильниках, морские бактерии |
| 2. Мезофилы | 5-10 | 45-50 | 25-40 | Большинство грибов, дрожжей, бактерий |
| 3. Термофилы (теплолюбвые) | около 30 | 70-80 | 50-60 | Бактерии, обитающие в горячих источниках. Большинство образуют устойчивые споры |
Разделение микроорганизмов на 3 группы весьма условно, так как микроорганизмы могут приспосабливаться к несвойственной им температуре.
Температурные пределы роста определяются терморезистентностью ферментов и клеточных структур, содержащих белки.
Среди мезофилов встречаются формы с высоким температурным максимумом и низким минимумом. Такие микроорганизмы называют термотолерантными.
Действие высоких температур на микроорганизмы. Повышение температуры выше максимальной может привести к гибели клеток. Гибель микроорганизмов наступает не мгновенно, а во времени. При незначительном повышении температуры выше максимальной микроорганизмы могут испытывать «тепловой шок» и после недлительного пребывания в таком состоянии они могут реактивироваться.
Механизм губительного действия высоких температур связан с денатурацией клеточных белков. Молодые вегетативные клетки, богатые свободной водой, погибают при нагревании быстрее, чем старые, обезвоженные.
Термоустойчивость – способность микроорганизмов выдерживать длительное нагревание при температурах, превышающих температурный максимум их развития.
Гибель микроорганизмов наступает при разных значениях температур и зависит от вида микроорганизма. Так, при нагревании во влажной среде в течение 15 мин при температуре 50–60 °С погибает большинство грибов и дрожжей; при 60–70 °С – вегетативные клетки большинства бактерий, споры грибов и дрожжей уничтожаются при 65–80° С. Наибольшей термоустойчивостью обладают вегетативные клетки термофилов (90–100 °С) и споры бактерий (120 °С).
Высокая термоустойчивость термофилов связана с тем, что, во первых, белки и ферменты их клеток более устойчивы к температуре, во вторых, в них содержится меньше влаги. Кроме того, скорость синтеза различных клеточных структур у термофилов выше скорости их разрушения.
Термоустойчивость спор бактерий связана с малым содержанием в них свободной влаги, многослойнойоболочкой, в состав которой входит кальциевая сольдипиколиновой кислоты.
На губительном действии высоких температур основаны различные методы уничтожения микроорганизмов в пищевых продуктах. Это кипячение, варка, бланширование, обжарка, а также стерилизация и пастеризация. Пастеризация – процесс нагревания до 100˚С при котором происходит уничтожение вегетативных клеток микроорганизмов. Стерилизация – полное уничтожение вегетативных клеток и спор микроорганизмов. Процесс стерилизации ведут при температуре выше 100 °С.
Влияние низких температур на микроорганизмы. К низким температурам микроорганизмы более устойчивы, чем к высоким. Несмотря на то, что размножение и биохимическая активность микроорганизмов при температуре ниже минимальной прекращаются, гибели клеток не происходит, т.к. микроорганизмы переходят в состояние анабиоза (скрытой жизни) и остаются жизнеспособными длительное время. При повышении температуры клетки начинают интенсивно размножаться.
Причинами гибели микроорганизмов при действии низких температур являются:
• нарушение обмена веществ;
• повышение осмотического давления среды вследствие вымораживания воды;
• в клетках могут образоваться кристаллики льда, разрушающие клеточную стенку.
Низкая температура используется при хранении продуктов в охлажденном состоянии (при температуре от 10 до –2 °С) или в замороженном виде (от –12 до –30 °С).
Вопрос №3.